吉尔吉斯斯坦比什凯克市不同生境中小型土壤动物群落多样性

吾玛尔·阿布力孜等

摘要

[目的]研究城市生态系统不同土地利用类型下中小型土壤动物群落多样性特征，为开展城市土壤环境质量的生物學评价提供科学依据。[方法] 采用改良的Tullgren分离法对吉尔吉斯斯坦比什凯克市市区人工林、灌木林、草地3种生境下中小型土壤动物群落多样性特征及其与环境要素的关系进行比较。[结果] 获得中小型土壤动物个体共5 775只，隶属4门11纲29种类群，其中甲螨亚目（44.73%）和中气门亚目（20.42%） 为优势类群，占总个体数量的65.14%。垫刃目（7.79%）、弹尾目（7.06%）、前气门亚目（7.06%）、蛭态目（2.55%）、膜翅目（1.25%）、原尾目（1.04%）、无气门亚目（1.14%）7类为常见类群，占总个体数量的27.89%，优势类群和常见类群共占总个体数的93.03%，并组成该市区中小型土壤动物的主体。另外，双翅目幼虫、鞘翅目幼虫、鳞翅目幼虫、蜘蛛目、等翅目等20类为稀有类群，占总个体数的6.97%。不同生境下中小型土壤动物群落多样性指标间存在显著差异（P<0.05），而个体数间差异极显著（P<0.01），其中个体数水平分布表现为人工林>草地>灌木林，类群数依次为灌木林>人工林>草地。在垂直分布上具有明显的表聚性特征，即0～5 cm>5～10 cm>10～15 cm>15～20 cm。[结论]不同生境的中小型土壤动物群落的组成和多样性指标之间存在差异，这与植被类型、人为干扰程度、土壤环境因素等有关。

关键词吉尔吉斯斯坦；比什凯克市；生境；中小型土壤动物；群落多样性

中图分类号S154.5；Q958.11文献标

识码A文章编号0517-6611（2014）06-01716-06

Abstract[Objective] In order to provide scientific basis for the biological evaluation of soil environment quality of urban ecosystem， an investigation was conducted on the community diversity of soil meso and microfauna in different habitat types in Bishkek city， Kyrgyzstan. [Method] The investigation was conducted by used the modified Tullgren method to study on the characteristics of the community diversity of soil meso and microfauna in the artificial forest， shrubbery， and constructed grassland in Bishkek City， Kyrgyzstan in August in 2013. [Result] A total of 5 775 individuals of soil meso and microfauna were collected， belonging to 4 phyla， 11 classes， and 29 groups， respectively. Among which the Oribatida （44.73%）， Mesostigmata （20.42%） were the dominant groups， and they were accounted for 65.14% of the total samples； Tylenchida（7.79%）， Collembola（7.06%%）， Bdelloidea（2.55%）， Prostigmata（7.06%）， Hymenoptera（1.25%）， Protura（1.04%） and Astigmata（1.14%） were common groups， and they were accounted for 27.89% of the total collections， and the other 20 groups were belonged to the rare groups and they were only accounted for 6.97% of the total individuals. The results also indicated that there were significant differences among the different habitats both of the individuals and group numbers of soil meso and microfauna（P<0.05）， the sequences of horizontal spatial distribution of the individuals of soil meso and microfauna were artificial forest>shrubbery>grassland ； the sequences of group number of soil meso and microfauna were shrubbery>artificial forest>grassland ； The vertical distribution both of the individuals and group numbers were mainly lived in the layer of 0-5 cm in the soil profile， and decreased obviously with increasing soil depth， 0-5 cm>5-10 cm>10～15cm>15-20 cm . The order of the Shannon –Wiener diversity index was artificial forest>shrubbery>grassland； The Simpson index was shrubbery>grassland>artificial forest. [Conclusion] The community structure and diversity indices of soil meso and microfauna in different habitats in the Bishkek City were correlated to the vegetation type， the degrees of human interferences and the properties of soil environment.

Key words Kyrgyzstan； Bishkek City； Habitat； Meso and microfauna； Community diversity

随着城市人口的剧增和城市化进程的逐步加快，生物多样性保护和城市土壤生态保护等城市的生态环境问题日益成为人们关注的热点之一[1-3]。作为城市生态系统的重要组成部分，土壤动物在研究和评价城市生态系统物种多样性及城市生态环境中表现出越来越重要的作用[3-4]。研究发现，受人类干扰的程度不同，土壤动物的种类，数量和分布均有不同的特点。另一方面，由于土壤动物具有类群丰富、数量巨大、对温度变化反应灵敏以及寿命较短等特点，又可成为反映城市化进程对生态系统影响的指示生物[5]。中小型土壤动物是陆地生态系统中的重要消费者和分解者，在物质循环、能量流动和信息传递过程中起到重要的促进作用[5-6]。土壤动物群落易受气候、土壤、人为干扰、植被等生态因子的影响，随着温度、降水及植被等生态因子的变化，不同气候带土壤动物的群落组成与结构具有明显的地带性特征[7-9]，其群落组成和功能群的变化是生态系统功能的重要驱动因子[10-11]。土壤动物可作为衡量生态环境优劣的一个较为有效的指标，其变化能够对快速的城市化进程做出灵敏、客观的反应[12-14]。土地利用变化是城市化进程中的重要特征之一，一些学者已在利用土壤动物种群结构的变化来反映不同土地利用形式的影响以及土壤动物群落对环境因素的响应、土壤动物对土壤生态环境优劣的指示作用等方面开展了许多有益的探索[15-20]。比什凯克市是中亚地区近年来城市化发展较快的城市之一，城市生态环境受不同强度的人类干扰，存在着多种土地利用形式，土壤环境质量差异较大[21-23]。目前，有关该地区在城市化进程中不同土地利用方式对土壤动物群落结构影响的研究较为缺乏，对土壤动物在不同程度人类干扰下的响应和机制也不十分了解。笔者研究该城市3种不同土地利用类型下中小型土壤动物群落多样性特征及其与环境要素之间的关系，以期为开展城市土壤环境质量的生物学评价提供科学依据，为高速城市化过程中城市生物多样性保护研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

吉尔吉斯斯坦是位于中亚东部的内陆国，面积19.85 km2，人口520万（2007年初）。北部同哈萨克斯坦、西部同乌兹别克斯坦、东部同中国新疆、南部同塔吉克斯坦接壤。边界线全长约4 170 km（其中与我国接壤1 100 km）。境内多山，山地占4/5，低地约占1/5，素有“中亚山国”之称。全境平均海拔在500 m以上，其中约90%的领土在海拔1 500 m以上，约1/3的地区海拔为3 000～4 000 m。天山山脉和帕米尔—阿莱山脉绵亘于中吉边境。低地主要分布在西南部的费尔干纳盆地和北部塔拉斯河谷地一带。吉尔吉斯斯坦全国划分为楚河州、塔拉斯州、奥什州、贾拉拉巴德州、纳伦州、伊塞克湖州、巴特肯州7州，首都比什凯克市和南部首都奥什市2市。比什凯克市位于吉尔吉斯阿拉套山北麓、美丽富饶的楚河盆地中央，是吉尔吉斯斯坦首都、楚河州州中心，在历史上是“丝绸之路”上的一座古城，也是吉尔吉斯斯坦的政治、经济、文教和科技中心，是该国的主要交通枢纽。比什凯克市是中亚地区的一个重要工业城市，电力、机械、仪器、电器制造是工业主导部门，其地理位置为 42°52′29″ N、74°36′44″ E，城市面积130 km2，绿化面积达43 km2，海拔750～900 m，下设4个区，即五一区、列宁区、十月区和斯维尔德洛夫区。市区横跨阿拉尔却河和阿拉密琴河，大楚斯基运河横贯其北部。东部为新工业区，西部为老工业区和铁路货运站，南部有文教、科研机构和工厂，另外市内有公园、果园多处，城市四周有1 200 hm2面积的森林。气候属于大陆性气候，夏季干燥炎热，冬季（1月）平均气温为-7 ℃，7月平均气温为27 ℃，7月最高气温有时达到40 ℃以上，全年平均气温不超过10 ℃。全年降水量350～400 mm，年蒸发量1 150～1 200 mm，无霜期为160 d。该市阳光充足，平均一年中有322个晴天，日照时间将近2 590 h。土壤大多为典型山地灰钙土，且以黄壤土为主，土壤剖面表现为弱分异剖面（含有大量的碳酸盐），腐殖质层厚度为50～70 cm，腐殖质含量为1.8%～2.5% ，有时可达3%[24-27]。

1.2样地设置和采样方法

在3种生境中人工林的有机质含量较高，中小型土壤动物的组成和种类丰富。容重是影响土壤动物垂直分布的重要因素之一，容重小，土壤疏松，土壤动物类群数和个体数多，在同一样地的土壤中，随着土壤深度增加容重增大，土壤动物类群数和个体数都减少。温度对中小型土壤动物群落组成与个体数量也具有一定的影响，土壤温度较高（≤27.8 ℃）时，土壤动物群落组成和个体数量减少，而土壤温度为23～25 ℃时，土壤动物群落组成和个体数量增加。土壤含水率是影响土壤动物种类组成与数量分布的关键指标之一，含水量高的土壤环境中土壤动物的群落组成较多，个体数数量巨大，而土壤含水量低时群落组成稀少，个体数量下降，不利于土壤动物的生长和繁殖。土壤pH是土壤动物分布的限制因素，大多数土壤动物适宜在微酸性和中性条件下生存，调查表明pH为6.8的人工林生境的中小型土壤动物群落组成较为丰富，而在pH为7.6的草地生境中小型土壤动物群落组成和数量都较少。

3讨论

中小型土壤動物个体数量在研究区人工林生境中最多，在灌木林中最少，而类群数在灌木林生境中最多，在草地生境中最少。在人工林生境中捕获的中小型土壤动物数量约为灌木林生境的4.12倍，是草地生境的2.94倍，但不同生境的中小型土壤动物类群数相差不大。研究区中小型土壤动物数量对土壤温湿度的变化比较敏感，在温湿条件最适宜的人工林生境最多，而在地面温度较高的草地生境最少。在快速城市化进程地区，中小型土壤动物群落的分布与人类活动、地表植被和土壤环境等有关，人为干扰程度较轻、植被覆盖度较高、土壤环境条件良好的生境条件更有利于中小型土壤动物的生存。中小型土壤动物的类群数、个体数以及群落多样性、均匀度和优势度是反映土壤动物群落结构、生态功能和水平分布差异性的重要指标。该研究结果与我国其他地区研究结果相比优势类群和常见类群基本一致[30-31]，但群落组成和数量方面都有差异。总体而言，比什凯克市区中小型土壤动物的类群数和个体数均大于我国西北、华中、华北及华南相关区域的研究结果[5-6，11，15，19]。因此，可以推测比什凯克市不同生境中小型土壤动物群落及其功能群组成是比较丰富且独特的。

不同生境采样点的类群数和个体数的垂直分布综合分析表明，该市区中小型土壤动物整体也遵循随着土壤层次的加深而递减的趋势，此现象与大多数研究者的研究结果相类似[32-35]。由于土壤各层内有机质和营养元素的含量、理化特性和水热条件存在差异，从而导致土壤动物在各层间的差异。其中，0～5 cm层的中小型土壤动物群落和多样性显著高于其他层，表明人工林和灌木林生境大多数采样区凋落物以及土壤有机质层较厚，这可能与采样区内不同生境植被种类及覆盖度等因素有关，需要进一步研究。研究表明，土壤动物群落对土壤理化性质具有响应[23-24]，有机质和含氮量等土壤理化性质对土壤动物群落的形成具有一定的影响力[36-37]。影响土壤动物群落结构的因素很多，包括地表植被状况、土壤理化性质（有机质含量、疏松程度、颗粒大小、土壤酸碱度、含水量等）、人类活动的干扰等。气候因子和植被类型是影响中小型土壤动物群落组成和多样性的主要因子，该研究所涉及到的3种生境在水平分布上相距较近，海拔高度处于750～785 m，在区域尺度下的气候条件基本相同，特别是降水量和温度差异不大，因此3种生境有共同的优势类群。但是，常见类群和稀有类群存在较大的差异，其中人工林及灌木林个体数和类群数较高。植物是土壤动物直接或间接的食物来源，植物群落种类、盖度和凋落物的变化可造成土壤动物的栖息环境和食物来源的差异，从而影响土壤动物群落结构及其多样性。人工林及灌木林的凋落物现存量高于草地生境，而年凋落物量与地表中小型土壤动物的群落组成、多样性和均匀性之间呈显著正相关。此外，植物群落结构组成也能影响中小型土壤动物群落多样性，植被类型越复杂土壤动物多样性程度越高[38-39]。该研究表明在3种生境中人工林及灌木林的群落多样性较高，而草地较低，可能是因为这2种生境的植被群落结构相对复杂多样、人为干扰相对较少，而草地生境植被群落结构相对单一，并常有割草、踩踏等人为干扰等有关。由此可见，多样性特征较好地反映了该市区不同生境中小型土壤动物群落多样性方面的差异。这表明不同生境环境因素对中小型土壤动物群落分布的影响有所不同[40-41]。

土壤螨类/弹尾类比值（A/C值）在一定程度上反映不同地带中小型土壤动物的分布特征。研究表明，A/C值具有地带性规律，热带和亚热带>1，温带接近1，寒带<1，人为干扰强度与土壤螨类/弹尾类比值呈负相关，即干扰越强烈，土壤螨类/弹尾类比值越小[28，42]。在调查期间，比什凯克市区不同生境土壤螨类与弹尾类之比A/C值为10.39，且差异显著（P<0.05），A/C值不仅存在生境的变异，而且不同生境同一个土层也存在较大的差异，说明A/C值的大小难以反映同一气候带土壤动物的分布特征和规律。此调查结果说明该地区中小型土壤动物群落有其自身的特殊性，同時说明中小型土壤动物区系组成及其与环境要素之间的关系还有待进一步研究。

相似性指数是衡量生境与土壤动物关系的重要指标之一。在比什凯克市区选取的3种土生境类型之间的相似性指数基本上属于中等不相似（0.25～0.50）。土壤动物的生态分布受气候、植被、土壤等生态因子的影响。随着温度、降水量等生态因子的变化，不同气候带土壤动物的群落组成与结构具有明显的地带性特征，各类土壤动物则以通过复杂的交互作用方式直接或间接影响凋落物分解和营养物质循环过程，其群落组成和功能类群的变化是生态系统功能的重要驱动因子[43-44]。

当土壤环境变化时直接影响着其中生存的土壤动物群落结构，只能生存一些对环境变化不太敏感的类群[34]。研究表明土壤动物群落对土壤理化性质具有响应，植被、温度、pH、湿度、有机质、容重、空隙、含氮量等土壤理化性质直接影响到土壤动物的生存，对于土壤动物群落的形成具有一定的影响力[45-46]。土壤动物群落结构的差异所显示土壤状况是否与地上植被、土壤理化、土壤元素含量等因素所反映的土壤质量状况相符合，是否可以直接运用生物多样性的指标反映该地区的土壤环境质量等问题，还需要结合该生态系统的大气、水质、植被、土壤理化等其他生态要素进行相关分析，有待进一步研究。

4小结

（1）在3种生境类型中共获得中小型土壤动物5 775只，隶属于4门11纲29种类群，其中甲螨亚目和中气门亚目2类为优势类群，占总个体数量的65.14%。垫刃目 、弹尾目，前气门亚目，蛭态目，膜翅目、原尾目、无气门亚目7类为常见类群，占总个体数量的27.89%；优势类群和常见类群共占总个体数量的93.03%，并组成该市区中小型土壤动物的主体。

（2）在3种不同生境类型下小型中土壤动物的群落组成不同，其个体数量依次为人工林>草地>灌木林；类群数量依次为灌木林>人工林>草地。

（3）在3种不同生境类型下小型中土壤动物群落多样性指标之间存在显著差异（P<0.05），其中群落多样性指数高低顺序依次为灌木林>人工林>草地。类群数和个体数的垂直分布具有明显的表聚性特点，类群数和个体数均在表层土壤最多，其次为中层和下层，而底层最小。

（4）不同生境土壤环境因素对中小型土壤动物有不同的影响，其中在有机质含量和含水量较高的人工林和灌木林生境中动物的类群多，个体数量大，反之其类群组成稀少，个体数量下降。pH值对中小型土壤动物群落生态分布的限制因素，人工林和灌木林生境的酸碱度接近于中性，这有利于众多土壤动物生存，其多样性高，而pH较高的草地生境土壤中土壤动物群落多样性较低，而优势度明显增加。

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